JPH1181998A - 二次空気通路開閉弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧力変動による開弁を防止しつつ、開閉弁の
構造を簡素化する。 【解決手段】 ロワプレート１０８およびダイヤフラム
１０９に作用する排圧によって発生するロワプレート１
０８等を変位させる力を相殺させるように、ロワプレー
ト１０８およびダイヤフラム１０９を構成する。これに
より、簡便な構造で圧力変動による開弁を防止すること
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関（エンジ
ン）の排気管（エキゾーストマニホールド）に空気を導
く二次空気通路に設けられて、この二次空気通路の開閉
を行う二次空気通路開閉弁に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】二次空気通路開閉弁（以下、開閉弁と略
す。）は、エアポンプが稼働しているときには開弁して
二次空気を排気管に供給し、エアポンプが停止している
ときには閉弁して排気ガスがエアポンプに逆流すること
を防止する、一種の逆止弁である。

【０００３】ところで、排気ガスの圧力（以下、排圧と
略す。）は常に変動しているので、その圧力変動（脈
動）により開閉弁が開弁してしまうおそれがある。そこ
で、この圧力変動による開弁（排気ガスの逆流）を防止
すべく、例えば米国特許第５，４９１，９７６号明細書
に記載の開閉弁では、図５に示すように、弁体５４を開
閉するダイヤフラムを２つ設けるとともに、両ダイヤフ
ラム３０、４４に作用する排圧の向きが互いに反対向き
となるようにし、かつ、第１ダイヤフラム３０の面積を
弁体５４の面積より大きくするとともに、コイルバネ６
４により閉弁する向きの弾性力を弁体５４に常に作用さ
せている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来の
開閉弁では、開弁させる向きの排圧が弁体５４に作用す
るので、第１ダイヤフラム３０と弁体５４との面積差に
よる力およびコイルバネ６４の弾性力によって、閉弁す
る向きの力を常に弁体５４に作用させている。このた
め、上記従来の開閉弁では、開弁させるに必要な力が大
きくなってしまうので、第２ダイヤフラム４４に開弁す
る向きの圧力（エアポンプの吐出圧）を作用させるとと
もに、第１圧力室３８にエアポンプの吐出圧を導いて第
１ダイヤフラム３０に開弁する向きの圧力を作用させる
ことにより、弁体５４が速やかに開弁するように構成し
ている。

【０００５】したがって、上記従来の開閉弁では、構造
が複雑になり、開閉弁の大型化を招くとともに、開閉弁
の製造原価上昇を招いてしまう。本発明は、上記点に鑑
み、圧力変動による開弁を防止しつつ、開閉弁の構造を
簡素化することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、以下の技術的手段を用いる。請求項１、
３、４に記載の発明では、弁口（１０３）を開閉する弁
部（１０８ａ）を有する変位部材（１０８、１０９）を
流出通路（１０５）側に配設する。そして、変位部材
（１０８、１０９）に、弁口（１０３）を閉じる向きの
圧力を受ける第１受圧部（１０８ｂ）、および弁口（１
０３）を開く向きの圧力を受ける第２受圧部（１０９
ａ）を形成するとともに、両受圧部（１０８ｂ、１０９
ａ）は、排圧によって発生する変位部材（１０８、１０
９）を変位させる力が相殺されるように構成されている
ことを特徴とする。

【０００７】これにより、変位部材（１０８、１０９）
を変位させる力が相殺されるので、流出通路（１０５）
内に排気ガスが逆流した場合であっても、開閉弁が開弁
することを防止することができる。このため、上記従来
の開閉弁のごとく、閉弁する向きの力を常に弁部（１０
８ａ）に作用させる必要がなく、弾性手段（１１５）の
弾性力を除けば、変位部材（１０８、１０９）に作用す
る力は略０となる。

【０００８】つまり、弾性手段（１１５）は、車両振動
等により開弁してしまうことがない程度の弾性力を変位
部材（１０８、１０９）に作用させればよいので、弾性
手段（１１５）の設定荷重を上記従来の開閉弁に比べて
小さくすることができる。したがって、上記従来の開閉
弁に比べて、開弁させるに必要な力を小さくするこがで
きるので、速やかに開弁させることができる。

【０００９】以上に述べたように、本発明では、圧力変
動による開弁を防止しつつ、開閉弁の構造を簡素化を図
ることができるので、開閉弁の小型化を図ることができ
るとともに、開閉弁の製造原価低減を図ることができ
る。請求項２、３に記載の発明では、弁口（１０３）を
開閉する弁部（１０８ａ）を有する変位部材（１０８、
１０９）を流出通路（１０５）側に配設する。そして、
変位部材（１０８、１０９）に、弁口（１０３）を閉じ
る向きの圧力を受ける第１受圧部（１０８ｂ）、および
弁口（１０３）を開く向きの圧力を受ける第２受圧部
（１０９ａ）を形成するとともに、変位部材（１０８、
１０９）の変位方向に垂直な面に両受圧部（１０８ｂ、
１０９ａ）を投影したときの面積が、互いに等しくなる
ことを特徴とする。

【００１０】これにより、変位部材（１０８、１０９）
の変位方向に垂直な面に両受圧部（１０８ｂ、１０９
ａ）を投影したときの面積が互いに等しいので、排圧に
よって発生する変位部材（１０８、１０９）を変位させ
る力が相殺される。したがって、流出通路（１０５）内
に排気ガスが逆流した場合であっても、開閉弁が開弁す
ることを防止することができる。

【００１１】このため、上記従来の開閉弁のごとく、閉
弁する向きの力を常に弁部（１０８ａ）に作用させる必
要がなく、弾性手段（１１５）の弾性力を除けば、変位
部材（１０８、１０９）に作用する力は略０となる。以
上に述べたように、本発明においても、請求項１に記載
の発明と同等の効果を得ることができる。

【００１２】請求項３に記載の発明では、第２受圧部
（１０９ａ）は、第１受圧部（１０８ｂ）と接触して連
結された、平坦な薄膜状のダイヤフラム（１０９）から
形成されていることを特徴とする。第１受圧部（１０８
ｂ）とダイヤフラム（１０９）とは接触した状態で連結
されているので、上記従来の開閉弁のごとく、第１、２
ダイヤフラムを弁棒３４にて連結したものに比べて、変
位部材の質量を小さくすることができる。

【００１３】したがって、弾性手段（１１５）の設定荷
重を上記従来の開閉弁に比べてより小さくすることがで
きるので、更に速やかに開弁させることができる。延い
ては、開閉弁の構造を簡素化を更に進めることができ
る。また、第２受圧部（１０９ａ）は、平坦な薄膜状の
ダイヤフラム（１０９）から形成されているので、ダイ
ヤフラム（１０９）、すなわち第２受圧部（１０９ａ）
が変位した際に、一部に応力が集中することを防止でき
る。したがって、ダイヤフラム（１０９）が破損するこ
とを防止できるので、ダイヤフラム（１０９）の耐久性
を向上させることができる。

【００１４】請求項４に記載の発明では、第２受圧部
（１０９ａ）の背面側には、大気圧が導かれていること
を特徴とする。これにより、上記従来の開閉弁のごと
く、開閉弁を開弁させるべく、エアポンプの吐出圧を第
１ダイヤフラム３０に導くための通路手段を必要としな
いので、開閉弁の構造をより簡素化することができる。

【００１５】なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述
する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すもの
である。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１は、本実施形態に係る開閉弁
１００を用いた二次空気供給システムの模式図である。
図１中、２００はエンジンであり、２０１はエンジン２
００の吸気管（サージタンク）であり、２０２はエンジ
ン２００の排気管（エクゾーストマニホールド）であ
る。そして、排気管２０２の下流側には、排気ガスの酸
化還元反応を促進して排気ガスの浄化を行う触媒（三元
触媒）２０３、および触媒２０３を加熱する電気ヒータ
２０４からなる電気加熱式触媒が配設されている。

【００１７】また、３００は、車両バッテリ３０１より
電力を得て稼働するエアポンプであり、このエアポンプ
３００により、開閉弁１００に空気が供給される。な
お、エアポンプ３００の作動状態は、エアポンプ制御用
リレー４００を介して電子制御装置（ＥＣＵ）４０１に
より制御される。次に、図２を用いて開閉弁１００につ
いて述べる。

【００１８】１０１はエアポンプ３００の吐出側に接続
されて空気が流入する流入口であり、１０２は排気管２
０２側に接続される流出口であり、１０３は、流入口１
０１側の流入通路１０４と、流出口１０２側の流出通路
１０５とを連通させる弁口である。そして、弁口１０
３、流入口１０１、流入通路１０４および流出通路１０
５の一部は第１ハウジング１０６に形成され、流出口１
０２および流出通路１０５の一部は第２ハウジング１０
７に形成されている。なお、両ハウジング１０６、１０
７は、共にアルミニウムダイキャスト製である。

【００１９】また、流出通路１０５には、弁口１０３を
開閉するゴム製の弁部１０８ａ、および後述する第１受
圧部１０８ｂを有するロワプレート（板部材）１０８が
配設されており、このロワプレート１０８は薄膜状のダ
イヤフラム１０９を介して、弁口１０３の開口面に対し
て垂直な方向に変位可能に配設されている。因みに、ロ
ワプレート１０８はステンレス製であり、ダイヤフラム
１０９はゴム（本実施形態ではフロロシリコンまたはヒ
ドリンゴム）製である。

【００２０】なお、ダイヤフラム１０９は、アルミニウ
ム製の中間プレート１１０に係止固定されており、この
中間プレート１１０は、圧延鋼板製のカバー１１１を第
１ハウジング１０６にカシメ固定することにより第１ハ
ウジング１０６に固定されている。ところで、流出通路
１０５のうちロワプレート１０８より流出口１０２側に
は、排気ガスが弁口１０３に向けて逆流することを防止
する、薄板バネの逆止弁１１２が配設されているが、排
圧変動の振動数や排気ガスの流量等によっては、逆止弁
１１２が正常に作動しなくなり、排気ガスが弁口１０３
に向けて逆流する場合がある。因みに、１１２ａは逆止
弁１１２の最大開度を規制するストッパである。

【００２１】そこで、本実施形態では、ロワプレート１
０８とダイヤフラム１０９とを互いに接触させた状態で
リベット１１３にて連結している（以下、両者１０８、
１０９を合わせて変位部材と呼ぶ。）。そして、ロワプ
レート１０８に弁口１０３を閉じる向きの圧力を受ける
第１受圧部１０８ｂを設け、一方、ダイヤフラム１０９
に弁口１０３を開く向きの圧力を受ける第２受圧部１０
９ａを設けるとともに、変位部材の変位方向に垂直な面
に両受圧部１０８ｂ、１０９ａを投影したときの面積
（以下、この面積を投影面積と呼ぶ。）が、互いに等し
くなるように構成している（図３参照）。

【００２２】また、第２受圧部１０９ａの背面側には、
ダイヤフラム１０９とカバー１１１とにより大気圧が導
かれる背室１１４が形成されており、この背室１１４に
は、ダイヤフラム１０９を介してロワプレート１０８
（弁部１０８ａ）に対して弁口１０３を閉じる向きの弾
性力を与えるコイルバネ（弾性手段）１１５が配設され
ている。

【００２３】因みに、１１１ａは背室１１４に大気圧を
導く呼吸穴であり、１１５ａはコイルバネ１１５のバネ
座を構成するとともに、ダイヤフラム１０９のうちリベ
ット１１３により連結された部位に応力が集中すること
により、ダイヤフラム１０９が破損することを防止する
アッパプレートである。また、第２受圧部１０９ａは、
排気ガスに晒されて排圧変動を直接受けるので、本実施
形態では、第２受圧部１０９ａは凹凸の無い平坦な形状
となっている。

【００２４】次に、開閉弁１００の特徴的作動および特
徴を述べる。前述のごとく、逆止弁１１２が正常に作動
しなくなり、排気ガスが逆流した場合、第１受圧部１０
８ｂおよび第２受圧部１０９ａに排圧が作用するが、投
影面積が互いに等しくなるように両受圧部１０８ｂ、１
０９ａが構成されているので、排圧によって発生する変
位部材を変位させる力（以下、この力を変位力と呼
ぶ。）が相殺される（図３参照）。したがって、流出通
路１０５内に排気ガスが逆流した場合であっても、開閉
弁１００が開弁することを防止することができる。

【００２５】因みに、排圧は、圧力が上昇する場合（正
圧）と、圧力が低下する場合（負圧）とがあるが、いず
れの場合であっても、第１受圧部１０８ｂが弁部１０８
ａ（ロワプレート１０８）に作用させる力の向きと、第
２受圧部１０９ａが弁部１０８ａ（ロワプレート１０
８）に作用させる力の向きとが反対向きとなるので、正
圧および負圧のいずれの圧力が流出通路１０５内に作用
しても、変位力を確実に相殺することができる。

【００２６】また、弁部１０８ａ（ロワプレート１０
８）が流出通路１０５側に配設されているので、排圧は
弁部１０８ａ（ロワプレート１０８）に対して閉弁させ
る向きの力を作用させる。このため、上記従来の開閉弁
のごとく、閉弁させる向きの力を常に弁部１０８ａ（ロ
ワプレート１０８）に作用させる必要がないので、コイ
ルバネ１１５の弾性力を除けば、変位部材に作用する力
は略０となる。

【００２７】つまり、コイルバネ１１５は、車両振動等
により、変位部材（ロワプレート１０８）が振動して弁
口１０３が開弁してしまうことがない程度の弾性力を変
位部材（ロワプレート１０８）に作用させればよいの
で、コイルバネ１１５の設定荷重を上記従来の開閉弁に
比べて小さくすることができる。したがって、本実施形
態では、上記従来の開閉弁に比べて、弁口１０３を開弁
させるに必要な力を小さくするこができる。延いては、
開閉弁１００の構造の簡素化を図ることができるので、
開閉弁１００の小型化を図ることができるとともに、開
閉弁１００の製造原価低減を図ることができる。

【００２８】また、ロワプレート１０８とダイヤフラム
１０９とは接触した状態で連結されているので、上記従
来の開閉弁のごとく、第１、２ダイヤフラムを弁棒３４
にて連結したものに比べて、変位部材の質量を小さくす
ることができる。したがって、コイルバネ１１５の設定
荷重を上記従来の開閉弁に比べてより小さくすることが
できるので、更に速やかに弁口１０３を開弁させること
ができる。延いては、開閉弁１００の構造の簡素化を更
に進めることができる。

【００２９】また、ダイヤフラム１０９の第２受圧部１
０９ａは、凹凸の無い平坦な形状となっているので、ダ
イヤフラム１０９が変位した際に、一部に応力が集中す
ることを防止できる。したがって、ダイヤフラム１０９
が破損することを防止できるので、ダイヤフラム１０９
の耐久性を向上させることができる。ところで、ダイヤ
フラム１０９の全体形状は、図２に示す皿状に限定され
るものではなく、図４に示すように、第２受圧部１０９
ａのみならず、ダイヤフラム１０９全体を平坦としても
よい。

【００３０】また、上述の実施形態では、ロワプレート
１０８とダイヤフラム１０９とにより変位部材を構成し
たが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば
スプール型開閉弁のスプール弁体のごとく、円柱状のス
プール弁体に円周状の溝を設け、その溝の側面部を第
１、２受圧部１０８ｂ、１０９ａとしてもよい。なお、
この場合の変位部材の変位方向は、スプール弁体の長手
方向と一致する。

【図面の簡単な説明】

【図１】二次空気供給システムの模式図である。

【図２】本発明の実施形態に係る開閉弁の断面図であ
る。

【図３】第１、２受圧部の拡大図である。

【図４】本発明の変形例に係る開閉弁の断面図である。

【図５】従来の技術に係る開閉弁の断面図である。

【符号の説明】

１０１…流入口、１０２…流出口、１０３…弁口、１０
４…流入通路、１０５…流出通路、１０６…第１ハウジ
ング、１０７…第２ハウジング、１０８…ロワプレー
ト、１０８ａ…弁部、１０８ｂ…第１受圧部、１０９…
ダイヤフラム、１０９ａ…第２受圧部。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関の排気管（２０２）に空気を導
   く二次空気通路に設けられ、この二次空気通路の開閉を
   行う二次空気通路開閉弁であって、 空気が流入する流入口（１０１）および前記排気管（２
   ０２）側に接続される流出口（１０２）、並びに前記流
   入口（１０１）側の流入通路（１０４）と前記流出口
   （１０２）側の流出通路（１０５）とを連通させる弁口
   （１０３）を有するハウジング（１０６、１０７）と、 前記流出通路（１０５）側にて変位可能に配設され、前
   記弁口（１０３）を開閉する弁部（１０８ａ）を有する
   変位部材（１０８、１０９）と、 前記弁口（１０３）を閉じる向きの弾性力を前記弁部
   （１０８ａ）に作用させる弾性手段（１１５）とを有
   し、 前記変位部材（１０８、１０９）には、前記弁口（１０
   ３）を閉じる向きの圧力を受ける第１受圧部（１０８
   ｂ）、および前記弁口（１０３）を開く向きの圧力を受
   ける第２受圧部（１０９ａ）が形成されており、 さらに、前記両受圧部（１０８ｂ、１０９ａ）は、前記
   両受圧部（１０８ｂ、１０９ａ）が受ける圧力による前
   記変位部材（１０８、１０９）を変位させる力を相殺す
   るように構成されていることを特徴とする二次空気通路
   開閉弁。
2. 【請求項２】 内燃機関の排気管（２０２）に空気を導
   く二次空気通路に設けられ、この二次空気通路の開閉を
   行う二次空気通路開閉弁であって、 空気が流入する流入口（１０１）および前記排気管（２
   ０２）側に接続される流出口（１０２）、並びに前記流
   入口（１０１）側の流入通路（１０４）と前記流出口
   （１０２）側の流出通路（１０５）とを連通させる弁口
   （１０３）を有するハウジング（１０６、１０７）と、 前記流出通路（１０５）側にて変位可能に配設され、前
   記弁口（１０３）を開閉する弁部（１０８ａ）を有する
   変位部材（１０８、１０９）と、 前記弁口（１０３）を閉じる向きの弾性力を前記弁部
   （１０８ａ）に作用させる弾性手段（１１５）とを有
   し、 前記変位部材（１０８、１０９）には、前記弁口（１０
   ３）を閉じる向きの圧力を受ける第１受圧部（１０８
   ｂ）、および前記弁口（１０３）を開く向きの圧力を受
   ける第２受圧部（１０９ａ）が形成されており、 さらに、前記変位部材（１０８、１０９）の変位方向に
   垂直な面に前記両受圧部（１０８ｂ、１０９ａ）を投影
   したときの面積が、互いに等しくなるように構成されて
   いることを特徴とする二次空気通路開閉弁。
3. 【請求項３】 前記第２受圧部（１０９ａ）は、前記第
   １受圧部（１０８ｂ）と接触して連結された、平坦な薄
   膜状のダイヤフラム（１０９）から形成されていること
   を特徴とする請求項１または２に記載の二次空気通路開
   閉弁。
4. 【請求項４】 前記第１受圧部（１０８ｂ）は、前記変
   位部材（１０８、１０９）のうち前記弁部（１０８ａ）
   側に形成され、 前記第２受圧部（１０９ａ）は前記第１受圧部（１０８
   ｂ）と対向して形成され、 さらに、前記第２受圧部（１０９ａ）の背面側には、大
   気圧が導かれていることを特徴とする請求項１ないし３
   のいずれか１つに記載の二次空気通路開閉弁。